[发明专利]一种基于多重相关检测技术的直流光学测量装置及方法

说明书

一种基于多重相关检测技术的直流光学测量装置及方法，涉及电力系统计量领域。本发明是为了解决现有直流光学测量中存在信噪分离难度大且测量精度低的问题。本发明调制光源发出的光经过传感单元后，经过光电检测器将两路输出信号由光信号转化为电压信号，利用带通滤波器滤除低频噪声，再将两路信号分别经过移相器移相90度，作为后续互相关检测的输入，在Labview中将双光路法的两路信号及其移相后的信号分别进行两重自相关运算和两重互相关运算，并通过运算提取出两路信号的幅值，再进行双光路法的运算得到输出的偏转角大小进而反映出电流的大小，实现电流的测量。本发明适用于对高压直流输电线的电流进行测量。

技术领域

本发明属于电力系统计量与保护领域，尤其涉及多重相关检测技术以及光学直流测量技术。

背景技术

近年来，高压直流输电技术飞速发展，而高压直流电流互感器是直流输电工程换流站不可缺少的核心设备，用于直流控制系统，作用包括控制、保护和测量。直流光学电流互感器是一种利用磁光材料的磁光效应的无源电流互感器，通过测量由被测电流引起的磁场强度的线积分来间接测量电流。在光学各向同性的透明介质中，外加磁场H可以使介质中沿磁场方向传播的线偏振光发生偏转，这种现象即为法拉第磁光效应。

根据法拉第磁光效应，只要测出偏转角，就可以测出待测电流。由于偏转角不易被直接测量，所以在OCT中常采用马吕斯定律将法拉第偏转角转换为更容易被测量的光强信息。根据马吕斯定律，一束自然光，经过起偏器后变为光强为J'₀的线偏振光，当这束光再经过与起偏器透振方向呈α角的检偏器后，出射光的光强为：

J₁＝J'₀cos²α

其中，J'₀为经起偏器后输出的线偏振光的光强；J₁为经检偏器输出的偏振光光强。

为了得到最大的输出光强以提高OCT的灵敏度，α一般取45°，所以当光源输出的自然光经过传感单元后输出的光强可以表示为：

其中，J_o为经检偏器后输出的偏振光光强；J_i为经起偏器的线偏振光光强；θ为线偏振光法拉第偏转角。

进一步地，磁光玻璃中的出射光进入光电检测器后，可以转换为可测的电压信号进行后续处理。在光电检测器输出的电压为：

V₀＝U₀(1-2NVi)，

其中，V₀为J_o对应的电压信号；U₀为对应的电压信号，V是光学材料的费尔德常数，N是线偏振光绕待测电流i的环数。

经过上述推导可以看出，光强波动会对测量结果造成影响，使得测量结果精度低。

同时，直流光学电流互感器也存在一些问题。首先测量系统存在噪声，噪声的主要来源是光电检测器产生的低频噪声以及散粒噪声、热噪声等各种白噪声。而当测量电流比较小时，法拉第偏转角很小，光电检测器输出信号很小，导致输出信噪比很低，同时，待测信号为直流信号，而光电检测器产生的低频噪声频带在1kHz以下，导致信号与噪声的频带重叠，这样就很难将信号与噪声分离。

微弱信号检测技术是一种解决在噪声或干扰中检测有用微弱信号问题的技术。由于一般的放大器在放大信号的同时也会放大无用的噪声，同时放大器本身也会引入噪声，所以在提取幅值较小，信噪比较低的信号时不宜使用放大器进行信号处理。相关检测法是微弱信号检测技术的一种，主要利用信号具有相关性而噪声具有随机性的特点对信号进行检测。自相关和互相关函数如下：

其中，T是周期信号x(t)的周期；τ是延时。